Les Etoiles Vacillent pour nous Dire leur Taille

Les étoiles scintillent. Ça vous en avez probablement tous fait l’expérience. Mais le scintillement que nous pouvons tous voir, et qui permet d’ailleurs de différentier les étoiles  des planètes (qui elles ne scintillent pas à cause de leur diamètre apparent beaucoup plus important que les points stellaires), le scintillement que nous voyons, disais-je est dû aux mouvements de l’atmosphère qui produisent quantités de variations d’indice de réfraction de l’air et autant de variation de l’intensité de la lumière qui nous parvient.

Mais quand les satellites observent la lumière des étoiles en orbite, comme le télescope Kepler (R.I.P), alors qu’ils ne devraient pas être gênés par les effets de l’atmosphère, observent encore une scintillation, une variation rapide de l’intensité de la lumière…  Cette très faible scintillation est propre à l’étoile.

Une équipe d’astrophysiciens exploitant les données de Kepler vient de montrer qu’à partir des variations très rapides d’une étoile observées, qu’ils appellent le flicker, qu’on peut traduire par vacillement ou papillotement, on peut en déduire la valeur de sa gravité de surface.

Evolution de la luminosité d'une étoile type (F. Bastien et al., Nature)

 Et c’est d’importance, car connaissant le champ gravitationnel d’une étoile, si on connait par ailleurs sa température de surface ainsi que sa composition, il est facile d’en déduire sa taille. Et dans le cas où il s’agit d’étoiles munies d’exoplanètes, comme on évalue toujours la taille des planètes par rapport à la taille de leur étoile, la connaissance du rayon de l’étoile donne immédiatement la valeur du rayon de la ou des planètes qui y orbitent…

Mais revenons un peu sur comment nos chers astrophysiciens en sont arrivé là. Il faut savoir que les étoiles peuvent être très variables dans la lumière qu’elles émettent. Une grande part de ces variations est due aux oscillations mécaniques de l’enveloppe des étoiles, ce qui est étudié par l’astérosismologie (voir La musique desétoiles). Elles peuvent également provenir par exemple de la rotation de grandes taches stellaires le long du disque. Mais ces variations d’intensité se déroulent sur des grandes plages de temps, des heures ou des jours.

En observant de très près grâce à la finesse que pouvait obtenir le télescope Kepler, en enregistrant les variations de luminosité au cours du temps avec une excellente résolution temporelle, Fabienne Bastien de l’Université Vanderbilt dans le Tennessee et ses collègues qui publient leurs résultats cette semaine dans Nature, montrent qu’il existe une variation très rapide, sur une échelle de temps inférieure à huit heures et qui vient se superposer sur tous les autres types de variations.

feu le télescope Kepler

Or, il se trouve que l’astérosismologie permet  de déterminer la gravité de surface de certaines étoiles. Bingo. Parmi les étoiles observées par Bastien et al., certaines possédaient des données asterosismologiques, on connaissait leur accélération g.

En mettant en regard l’intensité du vacillement observé et la valeur de la gravité de surface g, ils montrent qu’il existe une très bonne corrélation entre les deux.

Cette corrélation permet maintenant de déterminer des valeurs de g  à partir du vacillement avec une précision inférieure à 25%, ce qui représente une vraie prouesse car meilleure d’un facteur deux à trois par rapport aux méthodes antérieures.

L’origine de ce vacillement semble provenir de la granulation stellaire. La granulation, qui est bien observée sur le soleil, est produite par le phénomène de convection, quand de l’énergie est transportée dans les couches externes. Il se forme alors des zones convectives de relativement petite échelle où s’alternent en variant dans le temps des zones claires et sombres. Les auteurs de l’article montrent que plus les variations de luminosité sont grandes, plus g est faible, ce qui se traduit par une granularité de plus grande échelle.

Les études sur le vacillement vont se poursuivre dans les Teraoctets de données Keplériennes qu’il reste à dépouiller. Même si Kepler ne fournira plus de nouvelles données, cette nouvelle méthode proposée sera de toute façon appliquée sur les données des futurs chasseurs d’exoplanètes comme l’américain TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) qui devrait être mis en orbite en 2017 , ou l’européen PLATO (Planetary Transits and Oscillations of Stars) un peu plus tard…

Source :

An observational correlation between stellar brightness variations and surface gravity

Fabienne A. Bastien et al.

Nature 500, 427–430 (22 August 2013)